uC_Faraday 基于ARM的嵌入式操作系统的说明
杭州电子科技大学计算机学院 俞岳军讲师
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一．uC_Faraday源代码的大致介绍：
uC_Faraday是一款专门针对ARM指令集嵌入式系统的多任务操作系统，目前已经实现了任务管理、任务间通讯这二部分功能。将来还要实现文件系统（先是实现FAT32）、TCP/IP协议、GUI、USB驱动等功能。
为什么要专门针对“ARM”指令集呢？而不象一般的OS，比如LINUX、uC/OS II这类操作系统，允许在不同的指令集间移植？本人认为如果要实现易移植性，必然会导致操作系统的性能下降，同时也考虑到ARM指令集是一个大有前途的指令集，那就选中它了，哈哈，考虑到周立功公司的ARM资料比较丰富，所以原始的uC_Faraday版本就是跑在
EASYARM2200扳子上的。
这个uC_Faraday目前包含下面的几个目录：Init_dir、Common_dir、include、SysCall_dir、
TIMER0_dir、App_dir
Init_dir目录：这个目录包含了系统的启动代码和设备初始化代码，Startup.s是最先执行的，
它先是设置中断向量表，然后就是调用TargetResetInit.s中的TargetResetInit函数对CPU内部的片内外设进行初始化，然后调用GeneralInit.s中的GeneralInit函数对各个板上外设进行相应的初始化。
这里有个TIMER0_Init.s，内部有个TIMER0_Init函数，那是对TIMER0进行初始化的，这个定时器提供系统的时钟。
Common_dir：这个目录包含了内核的一些核心函数，Common_Varc.c是用来定义内核用到的全局变量的，Common_Vars.s也是定义内核的全局变量的，只不过
Common_Varc.c里定义的，一般是在C文件里用的，Common_Vars.s里定义的，则往往是在汇编里用到的。
DisEn_IRQ.s里面定义的是允许、禁止中断的子程序代码
EnterExit_CRITICAL.s里面定义的是进出临界区的代码
所有的中断服务程序都有一个汇编的外壳，这个外壳是由IRQ_Enter
IRQ_Exit二部分组成的，IRQ_Enter是在include目录里面，IRQ_Exit就在这
个目录下的，它们做的主要就是中断现场的保护和恢复工作。
System_Call和System0_Call和系统调用密切相关，System_Call是系统调用的
汇编外壳，这个情况和IRQ_Enter和IRQ_Exit的情况类似。。。
而System0_Call则负责对系统调用进行散转，先是根据系统调用的高16位（部
门号），然后再根据低16位，进行散转。。。
OS0_Sched.c 、OS_Sched.s 、Pre_Sched.s实现任务的调度作业。
OS_Sched.s、OS0_Sched.c实现基本的任务间调度，我们假设这个时候任务的
现场已经保护好了，OS_Sched函数把任务的堆栈指针作为参数传递给
OS0_Sched,OS0_Sched把这个堆栈指针保存在当前任务的TCB里，然后在
OSPRIOTbl数组寻找就绪任务中的最合适者（优先级最高的），然后把新任务
的堆栈指针返回给OS_Sched函数，由OS_Sched函数把新的堆栈指针赋值给
SP寄存器，接下去任务恢复现场，自然新的任务开始运行了。。。
Pre_Sched函数是给那些在内核无法继续运行的任务调用的，这个函数先是保
护现场，然后就调用OS_Sched函数实现任务调度，然后再恢复现场。。。
Incude ： 这个目录下的文件是头文件，要么给C文件使用、要么给汇编文件使用的，
注意IRQ_Enter.inc这个文件，呵呵，里面包含的是汇编程序啊！
TIMER0_dir：这个目录下的是定时器0的中断服务程序，IRQ_TIMER0.s是汇编外壳，
IRQ0_TIMER0.C是C语言写的真正的中断服务程序。
APP_dir： 这是应用程序的目录，the_syscalls.h是内核提供的API函数的头文件，
The_syscalls.s是把内核提供的系统调用进行封装，产生用户方便使用的API
函数，注意！！！当参数数目多于4个的时候，处理起来可有点特殊的！
Main.c里面是包含着main函数，这是应用程序的开始！！！
SysCall_dir： 这里面存放的是系统调用的实现。目前只实现了一系列任务管理、任务间通讯
的系统调用，存放在SYSTEM_dir目录下。
在SYSTEM_dir目录下又有许多文件和子目录：
SysCall_SYSTEM.s文件里的SysCall_SYSTEM函数，由System0_Call来调用，
它根据系统调用号中的低16位来进行散转，进入相应的系统调用入口
OSEvent_TaskWait.c文件里面有OSEvent_TaskWait和OSEvent_TaskRdy二函
数，OSEvent_TaskWait做挂起运行任务的前期工作，把任务从就绪队列摘下，
如果需要延时的话，加入延时队列。OSEvent_TaskRdy做恢复任务进入就绪状
态的前期工作，如果任务有定时请求的话，把它从延时队列上摘下，加入任务
就绪队列。
OSMutex_InsertEvent.c文件里的OSMutex_InsertEvent函数，把互斥信号控制
块插入 获得这个互斥信号的任务控制块的 “拥有队列”中去。
OSTask_ChgPrio.c里面的OSTask_ChgPrio函数，用于改变某任务的优先级。
Do_Timer.c文件里的Do_Timer函数，这是由定时中断调用的，处理延时事务
的函数。目前暂时只处理为了获取某些资源而挂起的任务比如
（SUSPEND、SEM、MUTEX、MBOX、Q、QBYTE、QWORD、QDWORD、
FLAG）
还有子目录和它们相应的功能：
Task_dir：实现任务管理
Mem_dir：实现内存管理
Sem_dir：实现信号量管理
Mutex_dir：实现互斥信号量管理
Mbox_dir：实现邮箱管理
Q_dir： 实现消息队列管理
Flag_dir：实现事件标志组管理
QByte_dir：实现字节队列管理
QWord_dir：实现字队列管理
QDWord_dir：实现双字队列管理
二．uC_Faraday和uC/OS II的渊源和区别
在开始编写uC_Faraday前，本人已经研究过Linux和uC/OS II的源代码，所以有许多思想和方法，是直接从这二者那里学过来的。尤其是uC/OS II ，但是uC_Faraday和
uC/OS II还是有许多区别的：
1． 在uC/OS II的模式下，内核和应用程序是混在一起的，没有明显的边界。
uC_Faraday是采用的传统操作系统的方式，内核以系统调用的方式为应用层提供服务，这些系统调用实际上是被包装成API函数的格式。应用程序运用API函数，通过SWI软中断，最后进入内核的。。。
这样的方式，系统比较容易发展
2． 在uC/OS II下，任务的优先级是必须不同的，正是基于这个前提，Jean J. Labrosse
才可以应用他得意的OSMapTbl[]，OSUnMapTbl[]表技术，但是这样一来，各个任务必须要分个高低上下了，而实际上，许多任务间的优先关系是不明显的，几乎是平等的。
在uC_Faraday下，对任务的优先级采用分层的概念，系统定了总的等级数，任务可以处于某一等级，这个等级里可以有多个任务，另外，应用层可以要求任务改变优先级。总的说来，是采用一种分等级、分层次的优先级方式。
注意，在uC_Faraday下，任务还是采用抢占方式的。。。
3． uC/OS II里面某些实现不完善。比如互斥信号量问题，如果一个任务申请到了一个
互斥信号量，那它的优先级就可能发生改变，变成互斥信号量的当前优先级了；但
现在如果这个任务又要申请另外一个互斥信号量呢？那优先级如何改变？当释放
了一个互斥信号量，任务优先级又如何恢复？这些问题uC/OS II上面似乎没有对应
的办法。对事件标志组管理上，也有类似的问题。
在uC_Faraday里面，已经对这些问题进行了改良完善。
三．实验环境
APP_dir下的例子给出了定时控制蜂鸣器鸣叫的例子，main0.c里的是用the_TaskTimeDly延时函数直接实现的；而main.c里的是通过创建一个子任务（kissme函数），
运用任务间通讯技术来实现的：the_TaskSuspend函数、the_TaskTimeDly函数、the_TaskResume函数。
如果要用main0.c的方法，你就把main.c改成main0.c，把main0.c改成main.c
如果要用main.c的方法，你现在直接就好用了。
对EASYARM2200实验板的跳线的设置：
JP1 全部断开
JP2 全部断开
JP3 全部断开
JP4 全部断开
JP5 全部连接
JP6 处于BANK0—RAM，BANK1—FLASH
JP7 处于OUTSIDE
JP8 全部连接
JP9 全部连接
四．对uC_Faraday的感想
本人是杭州电子科技大学计算机学院的教师，对编写操作系统非常有兴趣，原来就写过一个叫ARCHIMEDES（阿基米德）的PC机上的保护模式下的单任务操作系统，那个系统是能够在真实的PC机上跑的，并且能够执行可执行文件的。
这里是ARCHIMEDES的源代码说明：
http://bbs.redhome.cc/viewthread ... &extra=page%3D1
这里是ARCHIMEDES的演示视频：
http://bbs.redhome.cc/viewthread ... &extra=page%3D2
http://bbs.redhome.cc/upload/archimedes.wmv
去年，本人的兴趣转移到给嵌入式系统编写操作系统上了，这个uC_Faraday就是专门针对ARM指令集的嵌入式操作系统，已经实现了任务管理和任务间通讯这二部分的功能。
但对操作系统来说非常重要的文件系统和TCP/IP协议却还没有实现。
其实本人编写那类模块的技术是成熟的，在ARCHIMEDES上，就已经实现硬盘上的类似EXT2的文件系统和软驱上的FAT12文件系统，效果是很理想的。目前，本人对FAT32的机理也相当的熟悉，，，，对TCP/IP的机理也比较熟悉，，，
关键是本人对编写这类模块的兴趣也是相当高的。。。
最大的苦恼来自IDE硬盘接口的中文资料比较缺乏，RTL8019AS的也是一样缺乏，本人的英语水平也不够好，这些资料估计老外的网络上是应该有的。但我没有办法去利用。
在ARCHIMEDES里，对硬盘的操作只用到了二种操作：读物理扇区和写物理扇区，其他的操作命令都没有用到，并且如果读写扇区失败，就没有其他的办法，只有死循环了。
对uC_Faraday，我不希望采用同样的处理方法，应该能把IDE接口的所有操作命令都用起来，对读写扇区的失败，也应该有补救的措施的。。。
对RTL8019AS网卡芯片，也要有更高的认识，我看啊，现在的许多中文书上的介绍太不够精密了，许多参数的意义没有讲明白的。
现在把这个uC_Faraday放在网络，希望能够起抛砖引玉的作用，，，希望能见到嵌入式操作系统的蓬勃发展。。。
附件里的是加上注释的 uC_Faraday 源代码!
相关链接:https://bbs.21ic.com/upfiles/img/20077/200772923911940.rar |
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